Feasibility of wood peeling assisted by infrared.
Faisabilité du déroulage du bois assisté par infrarouge.
Résumé
In the wood-products industry ‘peeling' is the process of converting a log into a continuous thin ribbon of green wood (from 0.6 to more than 3 mm thickness) termed veneer. Veneers are mainly used for manufacturing light weight packaging and Engineer Wood Products (EWP) such as plywood, Laminated Veneer Lumber (LVL) and Parallel Strand Lumbers (PSL). These three latter EWPs manufactured from veneers glued and pressed together, are amongst the most used wood products. That is the reason why the production of veneer plays an important role in the wood-products industry. For certain species, the peeling process requires the prior heating of round green-wood to temperatures ranging from 30 to 90 °C. This treatment is necessary to increase wood deformability, to reduce the severity of lathe checking in the veneers and to reduce cutting forces. It is usually done by immersion in hot water or by steam treatment. However it has many disadvantages amongst which are the duration of treatment (12 to 72 hours), the washing out of polyphenolic extractives - which causes water pollution and can affect wood's natural durability - low yield and energy losses.The goal of this PhD thesis was to develop a heating system embedded on the peeling lathe to circumvent many of these disadvantages. Infrared technology appears to be the most promising solution because of the ease of integration into the peeling process and of the power it offers, enabling the required heating temperatures to be achieved quickly and follow the highly demanding peeling speeds in use in the industry (from 1 to 5 m.s-1). This new technology, using radiant energy to heat green-wood prior to peeling, would be a major innovation for the industries involved in the production of plywood, Laminated Veneer Lumber (LVL), etc.The plan to achieve this goal consisted of:- Creating a model of infrared heat transfer in green wood while peeling it, with the characteristics of wood (moisture content, thermal properties) being amongst the input variables,-Investigating the thermal and optical characteristics of green wood (in terms of penetration depth and infrared absorption by green wood) to feed the model,-Validating the model with experimental peeling tests assisted by an infrared heating system.One of the main outputs of this study was to demonstrate that the penetration depth of infrared radiation into green wood is limited to several tenths of micrometers. Heat transfer into green wood up to the cutting plane (located several millimeters underneath the surface) is by conduction, which is slow due to the insulating properties of wood. Heating green wood with infrared radiation is therefore unable to match the highly demanding peeling rates in use in the industry today. However, the use of an embedded heating system in the case of slicing and the potential impact on improving veneer quality (colour, surface quality) remain open for further research.
Le déroulage permet de transformer un billon en un ruban continu de bois vert (de 0.6 à plus de 3 mm d'épaisseur) appelé “placage”. La production de placages joue un rôle important dans l'industrie du bois car les placages servent de base d'un grand nombre de produits industriels (ex : Parallel Strand Lumbers (PSL), Laminated Veneer Lumber (LVL), contreplaqués, emballages légers, etc.) parmi les plus utilisés dans l'industrie du bois. Pour certaines essences, ce procédé exige un prétraitement, appelé « l'étuvage » qui consiste à chauffer au préalable le bois vert (saturé en eau) par immersion dans l'eau ou dans la vapeur d'eau chaude afin de lui conférer une déformabilité remarquable tout en diminuant les efforts de coupe. Cette pratique présente cependant de nombreux inconvénients industriels et environnementaux (fentes à cœur, faible rendement, dépense énergétique importante, pollution des eaux, fentes à cœur, traitement immobilisant des stocks de bois importants pour des longues périodes,…).L'objectif de cette étude est de développer une innovation majeure pour les industries du déroulage et du tranchage, visant à remplacer les pratiques d'étuvage par une technologie de chauffe embarquée sur les machines de production. La technologie de chauffe par rayonnement infrarouge a été retenue pour sa facilité de mise en place sur la machine (panneaux rayonnants peu encombrants) et sa rapidité à atteindre des températures source élevées pouvant ainsi suivre les cadences de déroulage rapides exigées par les industriels (de 1 à 5 m.s-1). Cette nouvelle technologie utilisant les infrarouges pour chauffer le bois vert avant le déroulage serait une innovation majeure pour les industries impliquées dans la fabrication du contreplaqué, LVL, etc.Pour ce faire, l'étude a été conduite en quatre temps:-Elaboration d'un modèle numérique permettant la simulation de la chauffe de bois ronds déroulé avec différents paramètres du bois (humidité, propriétés thermiques),-Caractérisations thermique et optique du bois vert (en termes de profondeur de pénétration et de capacité d'absorption des rayonnements infrarouge) pour alimenter le modèle,-Validation du modèle par des essais de déroulage avec chauffe embarquée.L'apport majeur de cette étude est d'avoir démontré que la pénétration des rayonnements infrarouge dans le bois se limite à quelques dizaines de micromètres. La propagation de la chaleur jusqu'au plan de coupe situé à quelques millimètres sous la surface s'effectue donc par conduction, mode de transfert de chaleur lent dans le cas du bois aux propriétés isolantes remarquables. La chauffe embarquée semble donc inadaptée face aux cadences de déroulage imposées par les industriels. L'utilisation d'une telle technologie dans le cas du tranchage reste à étudier et en particulier l'impact de l'absence d'étuvage par immersion sur la qualité des placages (couleur, état de surface).
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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